四足動物の２種類のギャロップ歩容の異なる力学構造を生み出す原理の解明

阐明四足动物两种奔腾步态产生不同机械结构的原理

• 批准号: 21K14104
• 负责人: 上村 知也
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14104/
• 关键词: 四足動物; ギャロップ歩容; シンプルモデル; 体幹柔軟性

四足動物が高速域で用いるギャロップは，左右の脚の運びが逆位相から外れるのが特徴で，脚が地面につく順番によってチーターなどが行うロータリーと，ウマなどが行うトランスバースに分類される．また，チーターの走行では体幹を曲げる飛翔期と伸ばす飛翔期の2種類が存在するのに対して，ウマでは体幹を曲げる飛翔機しか持たない．これらの差異を生み出す力学的要因として，体幹部のロール方向の回転自由度が重要な役割を果たすと予想している．そこで，ロール方向の体幹ねじれ自由度を持つシンプルなモデルを構築した．このモデルは前後よりも左右のダイナミクスが重要な役割を持つと考え，横断面上で構築した．このモデルについて数値計算によって周期解を探索した結果，ロータリーギャロップに相当する脚の接地順を持つ解とトランスバースに相当する接地順を持つ解が得られ，それぞれの解が得られる状態量の空間が異なることが明らかになった．また，モデルにチーターのパラメータを代入して周期解を数値的に求めた結果，ロータリーに相当する解が得られた一方で，トランスバースに相当する解は得られなかった．ウマのパラメータを代入した結果では，ロータリーに相当する解とトランスバースに相当する解が得られた．これらの結果は国内学会第３５回自律分散シンポジウムで報告を行った．また，シンプルモデルで得られた結果の妥当性を確認するため，シンプルモデルの構造に基づく４足ロボットの開発にも取り組んだ．制御は神経振動子のモデルを用いて，自律的に走行リズムを生成した結果，トレッドミル上でのバウンド走行を達成した．

四足动物在高速的情况下使用的疾驰的特征是将左右腿从相对阶段移出，并将其分类为猎豹（Cheetahs）和其他人所做的旋转作品，具体取决于腿部触摸地面的顺序，并横向马匹和其他人执行的作品。此外，有两种类型的猎豹，一个飞行期，您弯曲了核心，而您伸展的飞行期，而马只有弯曲核心的飞机。我们预计，旋转自由度沿行李箱的滚动方向将起重要作用，这是将会造成这些差异的机械因素。因此，我们构建了一个简单的模型，该模型在滚动方向沿行李箱扭曲方向的自由度。该模型是在横截面上构建的，因为人们认为左右动力学起着比前后的重要作用。使用数值计算为该模型的周期性解决方案搜索显示，腿的接地顺序对应于旋转疾驰的脚接地顺序，并且具有横向接地顺序的溶液，表明每种溶液获得的状态量的空间不同。此外，由于将猎豹参数替换为模型，因此计算了定期溶液，虽然获得了等效于旋转的溶液，但没有获得等于横向的溶液。分配马参数的结果导致溶液等效于旋转和横向。这些结果在日本社会的第35个自主分布研讨会上报告。此外，为了确认用简单模型获得的结果的有效性，我们还根据简单模型的结构开发了四足机器人。使用神经振荡器模型进行控制，并自主产生驱动节奏，从而在跑步机上进行了绑定。

项目成果

Dynamical Mechanisms of High-speed Cheetah Running through Spinal Movement

猎豹高速奔跑的脊柱运动动力学机制

• DOI: 10.7210/jrsj.41.266
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of the Robotics Society of Japan
• 作者: 松本紘宜;板橋正弥;竹村兼一;Longchuan Li;Yiming Cao;Keiichiro Ueno;Longchuan Li;上村知也
• 通讯作者: 上村知也

４足走行シンプルモデルの受動的な性質に基づく前後２脚ロボットの走行実験

基于简单四足模型被动性的两足机器人运行实验

• 发表时间: 2022
• 作者: Tomoya Kamimura;Kaho Sato;Shinya Aoi;Yasuo Higurashi;Naomi Wada;Kazuo Tsuchiya;Akihito Sano;and Fumitoshi Matsuno;上村知也，青井伸也，日暮泰男，和田直己，土屋和雄，松野文俊;岡大地，上村知也，中村優真，佐野明人，松野文俊;中村優真，上村知也，佐野明人，松野文俊
• 通讯作者: 中村優真，上村知也，佐野明人，松野文俊

神経振動子とチーター身体のシンプルモデルに基づくロボットの自律走行

基于神经振荡器和猎豹身体简单模型的自主机器人运动

• 发表时间: 2023
• 作者: Tomoya Kamimura;Kaho Sato;Shinya Aoi;Yasuo Higurashi;Naomi Wada;Kazuo Tsuchiya;Akihito Sano;and Fumitoshi Matsuno;上村知也，青井伸也，日暮泰男，和田直己，土屋和雄，松野文俊;岡大地，上村知也，中村優真，佐野明人，松野文俊
• 通讯作者: 岡大地，上村知也，中村優真，佐野明人，松野文俊

シンプルな4足モデルを用いたチーターとウマのギャロップの動力学解析

使用简单的四足模型对猎豹和马的驰骋进行动态分析

• 发表时间: 2023
• 作者: Tomoya Kamimura;Kaho Sato;Shinya Aoi;Yasuo Higurashi;Naomi Wada;Kazuo Tsuchiya;Akihito Sano;and Fumitoshi Matsuno;上村知也，青井伸也，日暮泰男，和田直己，土屋和雄，松野文俊
• 通讯作者: 上村知也，青井伸也，日暮泰男，和田直己，土屋和雄，松野文俊

Dynamical condition to involve two types of flights in cheetah galloping using a simple model

使用简单模型涉及猎豹驰骋中两种飞行的动态条件

• 发表时间: 2022
• 作者: Tomoya Kamimura;Shinya Aoi;Yasuo Higurashi;Naomi Wada;Kazuo Tsuchiya;Fumitoshi Matsuno
• 通讯作者: Fumitoshi Matsuno